Если вы когда-нибудь играли в аркадную игру "коготь", то знаете, как трудно хватать и удерживать предметы с помощью роботизированных захватов. Представьте, насколько более нервной была бы эта игра, если бы вместо плюшевых игрушек вы пытались схватить хрупкий кусочек коралла, находящегося под угрозой исчезновения, или бесценный артефакт с затонувшего корабля.

Большинство современных роботизированных захватов полагаются на встроенные датчики, сложные контуры обратной связи или передовые алгоритмы машинного обучения в сочетании с мастерством оператора для захвата хрупких предметов или предметов неправильной формы. Но исследователи из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) продемонстрировали более простой способ.

Черпая вдохновение в природе, они разработали новый тип мягкого роботизированного захвата, который использует набор тонких щупалец, чтобы запутывать предметы, подобно тому, как медузы собирают оглушенную добычу. Сами по себе отдельные щупальца, или нити, слабы. Но вместе набор нитей может захватывать и надежно удерживать тяжелые предметы странной формы. Захват использует простое надувание для обертывания объектов и не требует зондирования, планирования или управления с обратной связью.

Исследование было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

"С помощью этого исследования мы хотели переосмыслить то, как мы взаимодействуем с объектами", - сказала Кейтлин Беккер, бывшая аспирантка и постдокторант SEAS и первый автор статьи. "Воспользовавшись естественной податливостью мягкой робототехники и улучшив ее с помощью податливой структуры, мы разработали захват, который больше, чем сумма его частей, и стратегию захвата, которая может адаптироваться к целому ряду сложных объектов с минимальным планированием и восприятием".

В настоящее время Беккер является доцентом кафедры машиностроения Массачусетского технологического института.

Сила и адаптивность захвата обусловлены его способностью сцепляться с объектом, за который он пытается ухватиться. Нити длиной в фут представляют собой полые резиновые трубки. Одна сторона трубки имеет более толстую резину, чем другая, поэтому, когда трубка находится под давлением, она завивается, как косичка, или как выпрямленные волосы в дождливый день.

Локоны завязываются в узел и запутываются друг с другом и с объектом, причем каждое запутывание увеличивает силу захвата. В то время как коллективная хватка сильна, каждый контакт по отдельности слаб и не повредит даже самому хрупкому предмету. Чтобы освободить объект, нити просто сбрасывают давление.

Исследователи использовали моделирование и эксперименты, чтобы проверить эффективность захвата, собирая различные предметы, включая различные комнатные растения и игрушки. Захват может быть использован в реальных приложениях для захвата мягких фруктов и овощей для сельскохозяйственного производства и распределения, деликатных тканей в медицинских учреждениях, даже предметов неправильной формы на складах, таких как стеклянная посуда.

Этот новый подход к захвату сочетает в себе исследования профессора Л. Махадевана по топологической механике запутанных нитей с исследованиями профессора Роберта Вуда по мягким роботизированным захватам.

"Запутывание позволяет каждой высоко податливой нити локально соответствовать целевому объекту, что приводит к надежному, но мягкому топологическому захвату, который относительно независим от деталей характера контакта", - сказал Махадеван, профессор прикладной математики в SEAS имени Лолы Ингленд де Вальпайн, а также организменная и эволюционная биология, и Физика в FAS и соавтор статьи.

"Этот новый подход к роботизированному захвату дополняет существующие решения, заменяя простые традиционные захваты, требующие сложных стратегий управления, чрезвычайно гибкими и морфологически сложными нитями, которые могут работать с очень простым управлением", - сказал Вуд, профессор инженерных и прикладных наук Гарри Льюиса и Марлин Макграт и соавтор исследования. бумага. "Такой подход расширяет диапазон того, что можно подобрать с помощью роботизированных захватов".